4.1.3 Partialdrücke  

               Index ACH 

4.1.4  Reale Gase

Für reale Gase gilt:

Van der Waals (Portrait) hat das Gesetz der idealen Gase durch Korrekturglieder für reale Gase erweitert.

wobei a und b gasspezifische Konstanten sind. Die so korrigierte Gasgleichung ist in einem weiten Temperatur- und Druckbereich anwendbar, so dass mit ihr verfahrenstechnische Prozesse mit guter Näherung berechnet werden können.

Van der Waals-Konstanten für einige Gase:

  Gas    a in L2×kPa×mol-2  b in L×mol-1 
H2 24,7 0,0266
He 3,45 0,0237
N2 140,8 0,0391
O2 137,8 0,0318
Cl2 657,4 0,0562
NH3 422,4 0,0371
CO2 363,7 0,0427
CH4 225 0,0428

Auswirkungen der "Realität" von Gasen:

Siedepunkt T bzw. Kondensation der Gase

Reale Gase sind nicht in jedem Druck - Temperaturverhältnis gasförmig. Gase können durch Abkühlung und / oder hohen Druck in Flüssigkeiten umgewandelt werden. Hierbei wird das Verhältnis "freies Volumen zu Teilchendurchmesser" so klein, dass die intermolekularen Anziehungskräfte (van der Waals - Kräfte) ausreichen um das Gas zu verflüssigen.

Joule-Thompson (Portraits) -Effekt

Nach den Gesetzen idealer Gase führt die Entspannung eines Gases lediglich zu einer Expansion und Druckerniedrigung. Der Anstieg des Quotienten "freies Volumen / Teilchendurchmesser" in einen idealeren Zustand ist für reale Gase mit einer Aufnahme von kinetischer Energie verbunden, die dem System entnommen wird und es zur Abkühlung zwingen. Das Gas kühlt bei Entspannung ab und kann so zur Kühlung verwendet werden (Kühlschrank, Verflüssigung von Gasen, jedoch nur unterhalb der ‘Inversionstemperatur').

Kritischer Zustand

Hohe Gastemperaturen vergrößern die Partikelbewegung derart, dass auch durch höchste Drücke Gase nicht verflüssigt werden können. Die Temperatur, bei der dieser Zustand eintritt, die kritische Temperatur, ist für jedes Gas spezifisch. Der Druck, der kurz unterhalb der kritischen Temperatur zur Verflüssigung des Gases führt, ist sein kritischer Druck. Verfahrenstechnische Konstruktionen sind so auszulegen, dass überkritische Bereiche vermieden bzw. die Konstruktionen entsprechend ausgelegt werden.

Gas kritische Temperatur in K kritischerDruck in MPa Tb in K
He 5,3 0,229 4,2
H2 33,3 1,297 20,4
N2 126,1 3,394 77,3
O2 154,4 5,035 90,2
NH3 405,6 11,595 239,6
CO2 304,2 7,375 (195 s)
CH4 190,2 4,619 111
CO 134,0 3,546 81,6
H2O 647 21,77 373,1
SO2 430 7,77 263
HCl 324 8,16 188,2

 

4.1.5  Schmelz- und Verdampfungsdaten einiger Gase

Substanz Formel Tm in K DHm in kJ/mol DSmin J/mol/K Tbin K DHbin kJ/mol DSbin J/mol/K
Helium He 0,9 0,021 23,3 4,2 0,084 20,0
Wasserstoff H2 14 0,117 8,4 20,4 0,904 44,3
Sauerstoff O2 54,7 0,444 7,7 90,2 6,820 75,6
Stickstoff N2 63,2 0,720 11,4 77,3 5,565 72,0
Argon Ar 83,9 1,109 13,2 87,4 6,257 71,6
Methan CH4 90,6 0,941 10,4 109,1 8,159 74,8
Wasser H2O 273,1 6,025 22,1 373,1 40,627 108,9
Benzen C6H6 278,6 9,84 35,3 353,2 30,77 87,1
Ethanol C2H5OH 155,9 4,61 29,6 351,6 38,60 109,7
Tetrachlormethan CCl4 250,2 2,51 10,0 349,8 30,02 85,8
Chloroform CHCl3 209,6 9,21 43,9 334,4 28,39 87,9
Schwefelkohlenstoff CS2 161,0 4,40 27,3 319,4 26,80 83,9

Tm = Temperatur am Schmelzpunkt; Schmelztemperatur
Tb = Temperatur am Siedepunkt; Siedetemperatur unter Normaldruck
D Hm = molare Schmelzenthalpie;
D Hb = molare Verdampfungsenthalpie am Tb;
D Sm = molare Schmelzentropie;
D Sb = molare Verdampfungsentropie am Tb

  Beispielaufgaben  

                       

   4.2 Flüssigkeiten 

© Prof. Dr. M. Häberlein in FH Frankfurt a. M., Fachbereich 2: Informatik und Ingenieurwissenschaften